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RÉSUMÉ
Les corps creux en polymères thermoplastiques sont abondants, notamment dans l’industrie pharmaceutique, la cosmétique et l’alimentaire. Parmi les techniques utilisées pour leur fabrication, le soufflage bi-orienté a considérablement évolué ces dernières années. Ce procédé appliqué au polyéthylène téréphtalate a permis l’obtention de contenants attrayants, légers et résistants. Les progrès technologiques en industrie de la bi-orientation ont accentué cet essor. Les machines de soufflage peuvent s’intégrer aisément dans une chaîne d’embouteillage, elles sont même parfois combinées à la remplisseuse. Et les étapes intermédiaires d’impression de ces flacons et bouteilles s’effectuent en ligne ou en reprise.
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Bernard PLANTAMURA : Ingénieur Centrale Paris – DEA matériaux - Chef de projets R chez SIDEL Blowing & Services
INTRODUCTION
Il existe une très grande variété de corps creux en polymères thermoplastiques et de procédés pour les fabriquer, selon la taille et les marchés pour ces flacons ou récipients (pharmacie, cosmétiques, boissons, liquides divers, réservoirs, cuves…).
On peut distinguer l'extrusion-soufflage, l'injection-soufflage, le soufflage avec bi-orientation, le rotomoulage (liste non exhaustive).
L'extrusion-soufflage et l'injection-soufflage utilisent dans leur première phase les procédés d'extrusion et d'injection dont les principes généraux sont décrits dans d'autres dossiers de notre collection [cf. Doc. AM 3 700].
Ce dossier est consacré essentiellement à la technique de soufflage bi-orienté dont le matériau le plus représentatif et le plus répandu est le PET (polyéthylène téréphtalate).
Cette technique et ce matériau ont permis depuis plus d'une trentaine d'années un essor considérable des applications pour boissons et liquides alimentaires.
Cet essor est dû notamment à la grande diversité des formes possibles, à l'aspect attrayant, à la légèreté et à la résistance des bouteilles, très appréciés par les consommateurs.
L'augmentation considérable des cadences et de la productivité des machines de fabrication de bouteilles et d'embouteillage est le second facteur de ce succès technologique et commercial, qui a largement dépassé les frontières européennes et connaît une forte croissance sur les marchés mondiaux, avec un développement dans de nouvelles applications (lait, jus, thés, produits sensibles…).
Les techniques continuent à évoluer pour satisfaire les contraintes économiques et environnementales, avec notamment la mise en place de circuits de collecte et de traitement des emballages, et l'utilisation industrielle de PET recyclé.
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4. Réalisation industrielle de la bi-orientation
Les machines et process industriels pour la transformation en corps creux par bi-orientation peuvent être schématiquement classées selon deux procédés :
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le cycle « chaud » procédé « 1 étape » (one step ). Une seule machine fabrique les bouteilles à partir des granulés de polymère ;
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le cycle « froid » procédé « 2 étapes » (2 step ). Une première machine fabrique un semi-produit, la préforme, qui est refroidie et stockée. Une seconde machine réchauffe et souffle la préforme en bouteille.
4.1 Conditions opératoires communes
L'orientation moléculaire résulte d'un étirage (cas des monofilaments) ou d'un bi-étirage (cas des corps creux ou films biétirés) dans des conditions bien définies :
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la plage des températures de déformation la plus appropriée est située juste au-dessus de la température de transition vitreuse pour les polymères amorphes et semi-cristallins (95 à 100 oC pour le PVC, 95 à 115 oC pour le PET) ;
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la bi-orientation est obtenue par l'action de la tige d'étirage (effet longitudinal) et de la quantité d'air de gonflage introduit (effet essentiellement radial, mais également partiellement longitudinal) ;
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la vitesse d'étirage doit être suffisamment élevée pour éviter la « désorientation» du polymère durant son étirage et son refroidissement jusqu'à une température inférieure à celle de la transition vitreuse (600 à 2 000 mm/s pour le PET) ;
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le taux de bi-étirage doit être le plus élevé possible compte tenu des caractéristiques du polymère lui-même (élongation à la rupture, défauts d'aspect) et des limites du dispositif d'étirage (force nécessaire pour assurer la déformation).
Le taux de bi-étirage (figure 10) est souvent appelé taux d'orientation à tort, car un étirage réalisé dans de mauvaises conditions peut conduire à une orientation nulle. L'orientation proprement dite est d'ailleurs difficile à mesurer. Il faut faire appel à des méthodes comme la diffraction des rayons X (figure ...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DECROLY (P.) - Les apports de l'orientation moléculaire. - Plastiques Flash, p. 32-36 (1982).
-
(2) - SEGUELA (R.) - Relations mises en œuvre – structure – propriétés dans les matériaux polymères. - Revue de métallurgie, CIT/Sciences et génie des matériaux, 12, p. 1477-1487 (1999).
-
(3) - PICARD (M.) - Évolution de la microstructure d'un PET lors du bi-étirage soufflage ; corrélation au durcissement structural. - Thèse ENSMP, 199 p. (2008).
-
(4) - MARCO (Y.) - Caractérisation multi-axiale du comportement et de la microstructure d'un semi-cristallin : application au cas du PET. - Thèse ENS Cachan, 151 p. (2003).
-
(5) - GORLIER (E.) - Caractérisation rhéologique et structurale d'un PET. Application au procédé de bi-étirage soufflage de bouteilles. - Thèse ENSMP, 278 p. (2001).
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...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Extrusion-soufflage et injection-soufflage avec ou sans bi-étirage.
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...
ANNEXES
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1 Outils logiciels
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2 Sites Internet
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3 Événements
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4 Normes et standards
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5 Réglementation
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6 Brevets
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7 Annuaire
- 7.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive) 7.1.1 Fournisseurs de PET
- 7.2 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
- 7.3 Documentation – Formation – Séminaires (liste non exhaustive)
- 7.4 Laboratoires – Bureaux d'études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)
7.1.2 Matériaux barrière aux gaz
7.1.3 Additifs pour PET
7.1.4 Presses à injecter les préformes PET
7.1.5 Souffleuses cycle chaud et cycle froid
7.1.6 Matériels de contrôle
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